आयरन (Fe): गुणधर्म और अभिक्रियाएँ

रासायनिक गुणधर्म का अवलोकन

आयरन (Fe) एक d-ब्लॉक संक्रमण धातु है, जिसका परमाणु क्रमांक 26 है। यह परिवर्तनशील संयोजकता प्रदर्शित करता है, मुख्य रूप से +2 (फेरस) और +3 (फेरिक), जिसमें +3 सामान्य परिस्थितियों में अधिक स्थिर होता है।

अभिक्रियाशीलता श्रेणी में स्थिति

आयरन को अभिक्रियाशीलता श्रेणी में हाइड्रोजन से ऊपर रखा गया है (H से अधिक अभिक्रियाशील), लेकिन Na, K, Ca, Mg और Al जैसे अधिक अभिक्रियाशील धातुओं से नीचे है। यह अम्लों और भाप से हाइड्रोजन को विस्थापित करने की इसकी क्षमता को दर्शाता है।

विद्युतऋणात्मकता

आयरन की विद्युतऋणात्मकता (पॉलिंग स्केल पर) लगभग 1.83 है। यह मान धातुओं की विशेषता है और रासायनिक अभिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉनों को खोने की इसकी प्रवृत्ति को इंगित करता है।

सामान्य अभिक्रियाशीलता

आयरन एक मध्यम अभिक्रियाशील धातु है। यह आसानी से ऑक्सीकरण से गुजरता है, खासकर नमी की उपस्थिति में। यह अम्लों, भाप और हैलोजेन के साथ अभिक्रिया करके आयनिक यौगिक बनाता है।

वायु और ऑक्सीजन की क्रिया

1. शुष्क वायु/ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया

कमरे के तापमान पर, आयरन शुष्क वायु या ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया नहीं करता है।

2. नम वायु के साथ अभिक्रिया (जंग लगना)

ऑक्सीजन और नमी दोनों की उपस्थिति में, आयरन संक्षारण से गुजरता है, जिसे आमतौर पर जंग लगना कहा जाता है, जिससे हाइड्रेटेड फेरिक ऑक्साइड बनता है। यह एक विद्युत रासायनिक प्रक्रिया है। समग्र सरलीकृत अभिक्रिया: 4Fe(s) + 3O2(g) + 2xH2O(l) → 2Fe2O3⋅xH2O(s) (लाल-भूरा हाइड्रेटेड फेरिक ऑक्साइड, जिसे आमतौर पर जंग कहा जाता है)

3. गर्म करने पर ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया

जब वायु या ऑक्सीजन में गर्म किया जाता है, तो आयरन जलकर चुंबकीय आयरन ऑक्साइड (आयरन(II,III) ऑक्साइड) बनाता है। 3Fe(s) + 2O2(g) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} Fe3O4(s) (चुंबकीय आयरन ऑक्साइड)

जल और भाप की क्रिया

1. ठंडे पानी के साथ अभिक्रिया

आयरन ठंडे या उबलते पानी के साथ अभिक्रिया नहीं करता है।

2. भाप के साथ अभिक्रिया

जब लाल-तप्त आयरन को भाप पर से गुजारा जाता है, तो यह चुंबकीय आयरन ऑक्साइड (Fe3O4) और हाइड्रोजन गैस बनाता है। 3Fe(s) + 4H2O(g) \xrightarrow\{\text\{red heat\}\} Fe3O4(s) + 4H2(g)

अम्ल और क्षार की क्रिया

1. अम्लों की क्रिया

क. तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl)

आयरन तनु HCl के साथ अभिक्रिया करके फेरस क्लोराइड और हाइड्रोजन गैस बनाता है। Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl2(aq) + H2(g) (फेरस क्लोराइड)

ख. तनु सल्फ्यूरिक अम्ल (H2SO4)

आयरन तनु H2SO4 के साथ अभिक्रिया करके फेरस सल्फेट और हाइड्रोजन गैस बनाता है। Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g) (फेरस सल्फेट)

ग. तनु नाइट्रिक अम्ल (HNO3)

आयरन तनु नाइट्रिक अम्ल के साथ अभिक्रिया करके फेरस नाइट्रेट, नाइट्रिक ऑक्साइड और पानी बनाता है। 3Fe(s) + 8HNO3(dilute)(aq) → 3Fe(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l) (फेरस नाइट्रेट)

घ. सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल (H2SO4)

गर्म सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ, आयरन अभिक्रिया करके फेरिक सल्फेट, सल्फर डाइऑक्साइड और पानी बनाता है। 2Fe(s) + 6H2SO4(conc.)(hot)(aq) → Fe2(SO4)3(aq) + 3SO2(g) + 6H2O(l) (फेरिक सल्फेट)

ङ. सांद्र नाइट्रिक अम्ल (HNO3)

सांद्र नाइट्रिक अम्ल आयरन को निष्क्रिय कर देता है क्योंकि इसकी सतह पर आयरन ऑक्साइड (जैसे Fe2O3 या Fe3O4) की एक पतली, अभेद्य, सुरक्षात्मक परत बन जाती है। यह आगे की अभिक्रिया को रोकता है।

2. क्षारों की क्रिया

आयरन आमतौर पर क्षार (बेस) के जलीय विलयनों के साथ अक्रियाशील होता है।

प्रमुख प्रयोगशाला परीक्षण/पहचान अभिक्रियाएँ

फेरस (Fe²⁺) आयनों की पहचान

1. सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) विलयन के साथ: फेरस हाइड्रोक्साइड का एक गंदा हरा अवक्षेप, जो अतिरिक्त NaOH में अघुलनशील होता है। Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)2(s)

2. अमोनियम हाइड्रोक्साइड (NH4OH) विलयन के साथ: फेरस हाइड्रोक्साइड का एक गंदा हरा अवक्षेप, जो अतिरिक्त NH4OH में अघुलनशील होता है। Fe²⁺(aq) + 2NH4OH(aq) → Fe(OH)2(s) + 2NH4⁺(aq)

3. पोटेशियम फेरिसायनाइड (K3[Fe(CN)6]) विलयन के साथ: टर्नबुल ब्लू नामक एक गहरा नीला अवक्षेप बनता है। 3Fe²⁺(aq) + 2[Fe(CN)6]³⁻(aq) → Fe3[Fe(CN)6]2(s)

फेरिक (Fe³⁺) आयनों की पहचान

1. सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) विलयन के साथ: फेरिक हाइड्रोक्साइड का एक लाल-भूरा जेली जैसा अवक्षेप, जो अतिरिक्त NaOH में अघुलनशील होता है। Fe³⁺(aq) + 3OH⁻(aq) → Fe(OH)3(s)

2. अमोनियम हाइड्रोक्साइड (NH4OH) विलयन के साथ: फेरिक हाइड्रोक्साइड का एक लाल-भूरा जेली जैसा अवक्षेप, जो अतिरिक्त NH4OH में अघुलनशील होता है। Fe³⁺(aq) + 3NH4OH(aq) → Fe(OH)3(s) + 3NH4⁺(aq)

3. पोटेशियम फेरोसायनाइड (K4[Fe(CN)6]) विलयन के साथ: प्रशियाई ब्लू नामक एक गहरा नीला अवक्षेप बनता है। 4Fe³⁺(aq) + 3[Fe(CN)6]⁴⁻(aq) → Fe4[Fe(CN)6]3(s)

4. पोटेशियम थायोसाइनेट (KCNS) या अमोनियम थायोसाइनेट (NH4CNS) विलयन के साथ: फेरिक थायोसाइनेट कॉम्प्लेक्स के निर्माण के कारण रक्त-लाल रंग होता है। Fe³⁺(aq) + 3CNS⁻(aq) → Fe(CNS)3(aq) (रक्त-लाल रंग)